噪聲、外加功率及測量時間的考量——低功率納米技術(shù)

要考慮噪聲誤差，理想的測試系統(tǒng)的信噪比應(yīng)為100。圖9顯示了不同阻值的測試對象在半秒的測試時間內(nèi)，為使電壓響應(yīng)達(dá)到方根噪聲值的電壓響應(yīng)時，所需要的外加測量功率。這些曲線分別是使用鎖定放大器[1]法及直流反轉(zhuǎn)法[2]的測量設(shè)置得到的數(shù)據(jù)。對于鎖定放大器，曲線說明其可測阻值區(qū)間較小且需要更高的外加功率來克服更高的噪聲等級。測試對象噪聲是分開列出的，因為它取決于溫度。圖9中那條較低的虛線表示室溫下電阻的熱噪聲[3]功率。


圖9不同儀器典型測試條件下，測試對象需要的功率（參見尾注中“用于對比的儀器”）

可見，測試對象測試的噪聲功率（VJohnson2/R）是溫度的函數(shù)，與其電阻無關(guān)。測量1%均方根噪聲的測試對象需要信號電壓比噪聲電壓高100倍，因此信號功率為噪聲功率的1002即10,000倍，如圖9中較高的虛線所示。（請參閱尾述中關(guān)于用于采集數(shù)據(jù)的儀器的描述。）
系統(tǒng)噪聲和測試對象噪聲中較大的那個噪聲用于確定需要的外加功率，這個功率在多數(shù)測量中應(yīng)盡可能的小。增加測量時間可以以時間增加的系數(shù)來降低測量所需的外加功率。舉例來說，如果時間增加4倍（比如由1/2秒增加到2秒），那么外加功率會減少為1/4。

對于電流源與納伏表的結(jié)合，圖9顯示其在測量500Ω到100MΩ范圍的電阻時系統(tǒng)噪聲都要小于室溫下的熱噪聲。物理特性是直流反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的唯一限制，并且系統(tǒng)的整體性能使低溫下的測量獲益，使得測量可以在更低的功率下進(jìn)行。